Legyen bármilyen bonyolult is egy mai számítástechnikai eszköz, ha lecsupaszítják, akkor a mélyben mégis csak ott vannak a parányi építőelemek, a tranzisztorok. Apró, feszültséggel vezérelt kapcsolókról van szó, amelyek bekapcsolva lehetővé teszik, hogy áram folyjon át rajtuk (1-es állapot), kikapcsolt állapotban viszont zárják az áram útját (0 állapot). Ez a processzorok működését biztosító logikai kapuk felépítésének az alapja. A modern CPU-k és GPU-k tele vannak tranzisztorokkal: egy alap M4 chipben például nagyjából 28 milliárd ilyen kis áramkör dolgozik.A miniatürizálás valóban elképesztő szintre jutott, azonban a fizikának is vannak törvényei., korlátjai. Ha gyorsabban akarják feldolgozni az adatokat, akkor olyan tranzisztorokra van szükség, amelyek gyorsabban kapcsolnak be és ki, azonban minél gyorsabban kapcsolnak ezek a kis áramkörök annál több hőt termelnek. De ez csak az egyik lehetséges probléma. A másik az, hogy ahogy a tranzisztorok alkatrészei elérik az egy nanométeres (nm) vagy atomi tartományt, a klasszikus fizika szabályai helyett a kvantumfizika törvényei lépnek életbe, ami működésképtelenné teszi a hagyományos szilíciumalapú kapcsolókat.Nem véletlen, hogy a kutatók más megoldásokat keresnek, és most találtak is egy érdekes alternatívát a Tokiói Egyetem szakemberei. A tranzisztorok helyett „nem illékony kvantumkapcsoló elemük” egy elektron spinjének az állapotát használja egy bit állapotának az ábrázolására.Egy elektron spinje a részecske belső, saját impulzusnyomatéka, amely egy rögzített, állandó kvantummechanikai tulajdonság. Olyan, mintha a részecskének lenne egy „beépített mágneses iránytűje”. Egy külső mágneses térhez képest az elektron spinje csak kétféleképpen állhat be: a térrel megegyezően (spin fel), vagy azzal ellentétes irányba (spin le). Egy elektronnak tehát két spinállapota lehet, és ezek felhasználhatók az 1 vagy a 0 érzékeltetésére. Ez az új technológia tehát nem feszültséget kapcsolgat (mint a tranzisztor), hanem ezt a „belső irányt” használja információként.A kutatók kimutatták, hogy az elektronok spinállapotainak átkapcsolása gyorsabb és energiahatékonyabb, mint a tranzisztorok ki- és bekapcsolása. Egy bit információ-feldolgozása ilyen kvantumkapcsoló elemmel 40 pikoszekundumot vesz igénybe (a pikoszekundum a másodperc egybilliomod része), míg a mai leggyorsabb számítógépeknek is nanoszekundumnyi időre (a nanoszekundum a másodperc egymilliárdod része) van szükségük, hogy ugyanezt megtegyék, azaz több nagyságrendű a javulás. https://hvg.hu/tudomany/20241210_google-kvantumszamitogep-kvantumfoleny-qubit-willowA technológia viszont nem merül ki ennyiben. Az elektronok egészen addig megmaradnak a hozzájuk rendelt spinállapotukban, amíg valami újra meg nem változtatja őket. Ez pedig azt jelenti, hogy az így tárolt információ nem felejtődik el, az adatok áram nélkül is tárolódnak. A kutatók szerint rendkívül tartós megoldásról van szó: a tanulmányukban leírják, hogyan maradt stabil a kapcsolóelem 100 milliárd átmenet után, ami ismét csak nagyságrendekkel jobb a jelenlegi technológiáknál, ahol a hő fokozatos degradációt és végül meghibásodást okoz.Bár kvantumfizikát említettünk, ezt a megoldást nem szabad összetéveszteni a kvantumszámítástechnikával. A kvantumszámítógépek egészen más elven dolgoznak, alapegységük a qubit (quantum bit), ennek az állapota nemcsak 1 vagy 0 lehet, hanem a kettő kombinációja egyszerre. A mostani „spines” megközelítés esetében viszont – akárcsak a klasszikus számítástechnikánál – egy bitnek csak kétféle állapota lehet, csak épp máshogy érik el ezeket az állapotokat.Arra azért Gizmodo cikke is figyelmeztet, hogy egyelőre még csak laboratóriumi körülmények között bizonyították a feltételezés működőképességét, és egyáltalán nem biztos, hogy ebből valaha is skálázható és tömeggyártható chipek lennének. Viszont ha valóban működne, az óriási előrelépést jelenthetne, ugyanis csökkenhetne az energiafogyasztás (ami igazán fontos az AI-chipeknél), kitolódhatnának az eddigi, a klasszikus tranzisztorok által felállított határok, és vadonatúj chiparchitektúrák jöhetnének létre. Ha máskor is tudni szeretne hasonló dolgokról, lájkolja a HVG Tech rovatának Facebook-oldalát.